[實用新型]新型復合勵磁方式的永磁式無刷單相同步發電機

無效

• 申請號: 201020624321.6
• 申請日: 2010-11-25
• 公開（公告）號: CN201887628U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 余虹錦
• 申請（專利權）人: 余虹錦
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/27;H02K1/32;H02K21/02;H02K19/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種具有穩壓特性的、新型復合勵磁方式的永磁式無刷單相同步發電機，與汽油機或柴油機配套組成發電機組，可作為便攜電源及備用應急電源使用。

背景技術

目前，汽油發電機行業主流機型是以銅線和鋁線為主的有刷電勵磁類型發電機，功率范圍涵蓋1kW～20kW；另外，對于功率為1～5kW的小型單相同步發電機組，還有一種采用轉子勵磁繞組感應定子負載電流建立的負序磁場而進行整流電勵磁的無刷電勵磁方式。其中，采用AVR調節勵磁電流的有刷電勵磁單相或三相交流發電機是汽油發電機組的主流勵磁方式，這種發電機的最大優勢就是其磁場可以通過調節轉子勵磁電流來實現自動調整，從而使單機運行的發電機可以在空載到額定負載的全范圍保持輸出電壓的穩定。

圖3是一種普遍采用的常規無刷全電勵磁類型單相發電機結構原理示意圖，圖中：標號1為定子鐵芯，標號2為定子主繞組，標號6為轉子鐵芯，標號8為驅動轉軸，標號9為電勵磁繞組，標號10為二極管，標號12為定子副繞組，標號13為電容器。在定子鐵芯1和轉子鐵芯6上設置銅線或鋁線做成的定子單相主繞組2、副繞組12和勵磁繞組9，其中定子主繞組2對外供給電力，轉子勵磁繞組9用來建立電機氣隙磁場，使電機產生電磁感應，定、轉子鐵芯屬于導磁部件，轉子鐵芯固定與驅動轉軸8上。電機空載時，轉子剩磁在副繞組中逐步產生感應電勢，副繞組與串接的電容13構成單相電流回路，該單相電流將在氣隙中分別產生旋轉方向相反的正、負序磁場，而負序磁場將在轉子勵磁繞組9中感應兩倍頻率的交變電勢，通過串接于轉子勵磁繞組兩端的二極管10構成半波整流回路，在轉子勵磁回路流過直流電流，從而產生維持空載電壓U_N穩定的空載氣隙磁場。電機負載時，定子主繞組同樣流過單相負載電流，與空載時同樣的原理及電磁感應過程，將在轉子勵磁繞組中流過與定子負載電流成正比的負載勵磁電流，從而在電機氣隙中產生一個補充加強了的負載磁場來維持發電機端電壓U_N在一定范圍穩定；其中，二極管10半波整流回路的接線方向決定于電機磁場N、S極方向和電流方向。以上兩種全電勵磁方式的發電機勵磁容量較大，轉子電勵磁回路的損耗比例占電機全部損耗的55％～65％，因此發電機的能量效率難以提高，而且該類型發電機轉子用銅量也占電機全部用銅量的55％～65％，故其成本也較高，銅、鋁等有色金屬的資源消耗也大。

我國是世界上稀土永磁材料最豐富的國家，但同時也是銅、鋁等有色金屬資源貧乏的國家；因此，大力發展稀土材料的應用對我國有現實的意義。隨著控制技術的進步，稀土永磁電機在電動機行業驅動領域已經得到廣泛應用，稀土永磁材料做成的電動機產品，其單位體積材料傳送的功率密度大，電機效率高而能耗小，顯示出其稀土電機巨大的優越性；但稀土永磁材料用到發電機領域卻一直受到電壓穩定技術的瓶頸制約，由于永磁材料制成的發電機磁場無法調節，從而導致發電機端電壓控制很困難，電機帶負載后電壓下降很厲害，進而影響永磁發電機組的發電質量，限制了永磁材料在此類發電機上的應用范圍。而且，按傳統電機慣例簡單地采用稀土材料代替電勵磁發電機轉子繞組，也并不能充分而徹底地利用稀土材料傳送高能量密度的優點。因此，拓展稀土材料在獨立運行的移動電源領域的應用范圍就必須得解決以下技術難題：一、為充分利用稀土材料的優勢，必須研究設計能傳送高功率密度的永磁發電機新型結構；二、研究克服永磁電機無法調節磁場而穩定發電機電壓的技術途徑和有效方法。

發明內容

針對現有行業技術存在的問題，本技術發明的目的在于提供一種采用“稀土永磁+感應無刷電勵磁”的復合勵磁方式的單相同步發電機。本發明的基本構思是，采用分布于轉子鐵芯表面的稀土永磁體形成的永久磁場來代替傳統無刷電勵磁發電機定子副繞組與電容所組成的空載起勵回路以及轉子勵磁繞組，從而建立起發電機電磁感應所需要的基本氣隙磁場。